Устройство для измерения ускорений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ, содержащее последовательно соединенные источник питания с выходным трансформатором, дифференц;иапьный индуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, второе плечо которого образовано резистивным делителем, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, соединенный с выходным трансформатором, фильтр нижних .частот, усилитель постоянного тока, ,отоп(ичающееся тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической балансировки дифференциального индуктивного датчика, в устройстве дополнительно введены обмотки подмагничивания дифференциального индуктивного датчика, три аналоговых ключа, три триггера.дискретный источник тока, дешифратор, счетчик, три схемы совпадения,два диода, два компаратора, входы которых соединены между собой и через третий аналоговый ключ подключены к выходу усилителя постоянного тока, а выходы подключены к счетным входам второго и третьего триггеров, а затем через диоды - к вторым входам первой, второй и третьей схем совпадения и к счетному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, причем к первому (Л входу первой схе№ совпадения подключен выходной трансформатор, а выход последовательно соединен со счетчиком , дешифратором и дискретным источником тока, выход которого подключен к обмотгсам подмагничивания индуктивного датчика через первый и вторбй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены с прямыми ел выходами второго и третьего триггесо ров, а их инверсные выходы подключены IN9 к первым входам второй и третьей схем совпадения, выходы кото|йлх соответственнр соединены с установочными вхор дами .третьего и второго триггеров. 1

СО1ОЭ СОВЕТСНИХ

СоаМЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

2 А (19) SU (11) 4у11 G 01 P 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3630738/24-10 (22) 10.08.83 (46) 30.04.85. Бюл. № 16 (72) В.И.Прокопьев, А.А,Кастаргин, В.И,Гусаров, и В.С.Кононенко (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.776(088.8} (56} 1. Техническое описание вибро-, измерительной аппаратуры ВИб-бТН.

Тарту, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 917091, кл. G 01 Р 15/00, 1983 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

7СК0РЕННА, содержащее последовательна соединенные источник питания с выходным трансформатором, дифференциапьный индуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, второе плечо которого образовано резистивным делителем, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, соединенный с выходным трансформатором, фильтр нижних ,частот, усилитель постоянного тока,,о т ц и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической балансировки дифференциального индуктивного датчика, в устройстве дополнительно введены обмотки подмагничивания дифференциального индуктивного датчика, три аналоговых ключа, три триггера, дискретный источник тока, дешифратор, счетчик, три схемы совпадения,два диода, два компаратора, входы которых соединены между собой и через третий аналоговый ключ подключены к выходу усилителя постоянного тока, а выходы подключены к счетным входам второго и третьего триггеров, а затем через диоды - к вторым входам первой, второй и третьей схем совпадения и к счетному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу третьего Б аналогового ключа, причем к первому вхоцу первой схемы совпадения подключен выходной трансформатор, а выход последовательно соединен со счетчиком, дешифратором и дискретным источником тока„ выход которого подключен к обмоткам подмагничивания индуктивного датчика через первый и второй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены-с прямыми выходами второго и третьего триггеров, а их инверсные выходы. подключены к первым входам второй и третьей схем совпадения, выходы которых соответст- © венно соединены с установочными входами .третьего и второго триггеров.

)153297

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использоваI но для устройства измерения ускорений.

Известно устройство для измерения 5 линейных и вибрационных ускорений, содержащее последовательно включенные преобразователь питания с выходным трансформатором, дифференциальный индуктивный датчик, включенный в одно 10 из плеч измерительного моста, демодулятор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока (1) .

Недостатком данного устройства яв I ляется наличие в выходном сигнале уст-. ройства составлЯющей тока, обусловленное несимметрией размеров и физических свойств элементов конструкции датчика и остаточной намагниченностью серцечника, изменяющих свое значение 20 во времени и при изменении условий внешней среды.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ускорений, содержащее последовательно 25 соединенные преобразователь питания с выходным трансформатором, дифференциальный индуктивный датчик с резистив ным делителем., включенные в одно из плеч измерительного моста, усилитель Зо переменного напряжения, синхронный демодулятор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока )2) .

Однако известное -устройство характеризуется низкой точностью измерений из-за несовершенства балансировки устройства, Цель изобретения - повышение точности измерений за счет комПенсации остаточной намагниченностии несиммет- о ричности датчика путем автоматической.,балансировки дифференциального индуктивного датчика, 1

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные источник питания с выходным трансформатором, дифференциальный индуктивный датчик с резистивным делителем, включенные в одно из плеч измерительного моста, усилитель переменнога напряжения, синхронный демодулятор, соединенный с выходным трансформатором, фильтр нижних частот, усилитель настоянного тока, дополнительно введены обмотки подмагничивания дифференциального индуктивного датчика, три аналоговых ключа, три триггера, дискретный источник тока, дешифратор, счетчик, три схемы совпадения, два диода,два компаратора, входы которых соединены между собой и через третий аналоговый ключ подключены к выходу усилителя постоянного тока, а выходы подключены к счетным входам второго и третьего триггеров, а затем через диоды к вторым входам первой, второй и третьей схем совпадения и к счетному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, причем к первому входу первой схемы совпадения подключен выходной трансформатор, а выход последовательно соединен со счетчиком, дешифратором и дискретным источником тока, выход которого подключен к обмоткам подмагничивания индуктивного датчика через первый и второй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены с прямыми выходами второго и третьего триггеров, а инверсные выходы подключены к первым входам второй и третьей схем совпадения,выходы которых соответственно соединены с установочными входами третьего и второго триггеров.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, Устройства для измерения ускорений содержит источник 1 питания с выходным трансформатором 2, измерительный мост 3, состоящий из дифференциального индуктивного датчика 4 и резистивного делителя.5, обмотки б падмагничивания индуктивного датчика, усилитель 7 переменного напряжения, синхронный демодулятор 8, фильтр 9 нижних частот, усилитель 10 постоянного. тока, первый аналоговый ключ 11, второй аналоговый ключ 12, первый триггер 13, третий аналоговый ключ 14, первый компаратор 15, второй кампаратор 16, первый диод 17, второй диод 18, первую схему 19 совпадения, счетчик 20, дешифратор 21, дискретный источник 22 тока, второй триггер 23, вторую схему 24 совпадения, третий триггер 25, третью схему 26 совпадения, Выход преобразователя 1 питания через выходной трансформатор 2 подключен к измерительному мосту 3, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика 4, имеющего обмотки 6

115329 подмагничивания, а другое плечо— реэистивным делителем 5, к синхронному демодулятору 8, а также к первому входу первой схемы 19 совпадения. 5

Выход дифференциального индуктивного датчика 4 последовательно соединен с усилителем переменного напряжения 7, синхронным демодулятором 8, фильтром 9 нижних частот, уси- 10 лителем 10 постоянного тока 10, Выход усилителя 10 постоянного тока подключен через третий аналоговый ключ 14 к прямому входу первого компаратора 15 и инверсному входу вто-15 рого компаратора 16, выходы которых соответственно подключены к счетным входам третьего и второго триггеров

25 и 23, а затем через диоды 17 и 18 к вторымвходам схем 19, 24 и 26 совпа- 2о дения и к счетному входу первого триггера 13 иа S вход которого подает. сигнал запуска автоматической балансировки, а выход подключен к управляющему входу. третьего аналогового д ключа 14, Выходной трансформатор 2 подключен . к синхронному демодулятору 8, а также к первому входу первой схемы 19 совпадения, выход которой последовательно соединен со счетчиком 20, дешнфратором

21, дискретным источником 22 тока,выход которого подключен через первый и второй аналоговые ключи 11 и 12 к обмоткам 6 одмагничивания индуктив35 ного датчика, К управляющим входам первого и второго аналоговых ключей

ll и 12 соответственно подключены прямые выходы третьего и второго.триггеров 25 и 23, инверсные выходы которых соответственно соединены с первыми входами третьей и второй схем 26 и 24 совпадения, выходы которых, в свою очередь, соответственно подключены к

Н входам второго и третьего. триггеров 23 и 25.

Устройство работает следующим обра-. зом

С преобразователя 1 питания прямоугольные импульсы поступают на вы- 50 ходкой трансформатор 2, с которого подаются на измерительный мост 3 одно плечо которого образовано реэистивным делителем 5, а другое плечо— полуобмотками дифференциального ин- 55 дуктивного датчика 4, содержащего обмотки б подмагничивания. В исходном состоянии при отсутствии линей7 4 ных или вибрационных ускорений выходное напряжение измерительного моста

3, как правило, оказывается отличным от нуля вследствие разбаланса его при изменении индуктивности дифференциального индуктивного датчика, а также других факторов, связанных с изменениями внешней среды. Соответственно не равны нулю напряжения ка выходе усилителя 7 переменного напряжения, синхронного демодулятора 8, фильтра 9 нижних частот, усилителя

10 постоянного тока, чтобы скомпенсировать это напряжение т.е. сбалансировать измерительный мост 3, для чего служат обмотки 6 подмагничивания индуктивного датчика.

Балансировка производится следующим образом, Вначале переменным резистором выставляется ноль на выходе электрической схемы датчика при закороченном входе усилителя 7 переменного напряжения, затем перемычка с входа убирается, вход подключается к выходу дифференциального индуктивного датчика 4 и посредством третьего аналогового ключа 14 включается автоматическая балансировка. На установочный S вход первого триггера 13 подается сигнал для автоматической балансировки дифференциального индуктивного датчика 4, третий аналоговый ключ 14 подключает прямой вход первого компаратора 15 и инверсный вход второго компаратора 16 к выходу усилителя 10 постоянного тока. При наличии. сигнала разбаланса его значение поступает на входы обоих компараторов, на выходе одного из которых, в зависимости от полярности сигнала разбаланса, появляется уровень "1" и в зависимости от полярности сигнала раэбаланса второй триггер 23 или.третий триггер 24 устанавливается в состояние

"1", которая подается на управляющие входы аналоговых ключей 11 или 12.

Уровень "1" после диодов 17 и 18 независимо от полярности сигнала разбаланса поступает на второй вход первой схемы 19 совпадения, на первый вход которой подаются импульсы с выходного трансформатора 2. При наличии уровня " 1" на втором входе первой схемы 19 совпадения с ее выхода импульсы с частотой преобразователя 1 питания поступают на вход

1153297 счетчика 20 и далее на вход дешифратора 21. Значение числа отсчитанных импульсов с выхода дешифратора 21 поступают на вход дискретного источника 22 тока, который преобразует его н ток, величина которого прямо пропорпиональна этому числу и через первый или второй аналоговые ключи

11 и 12 поступает на одну из обмоток б подмагничивания индуктивного 10 датчика, Ток. проходя через обмотку

6 подмагничивания индуктивного датчика, изменяет магнигные свойства одной из полуобмоток дифференциального индуктивного датчика 4 таким образом, чтобы скомпенсировать существующую асимметричность, и как только значения сигнала разбаланса на выходе усилителя 10 постоянного тока станет равным нулю, логический щ уровень "1" на выходе сработавшего компаратора 15 или 16 и после диодов

17 и 18 станет равным нулю, импульсы с выхода первой схемы 19 совпадения не поступагат на вход счетчика 20 и далее на дешифратор 21 и дискретный источник 22 тока. На выходе дискретного источника 22 устанавливается постоянное значенйе тока пропорциональное сигналу разбаланса, компенсирующее его, На счетном входе первого триггера

13 появляется значение логического уровня "0" и триггер 13 переходит в состояние "0" отключая третий аналоговый ключ 14. Логический уровень "0": после диодов 17 и 18 поступает также на вторые входы второй и третьей схем

24 и 26 совпадения, выходы которых подключены к R входам второго и третьего триггеров 23 и 25, которые удерживают первый или второй аналоговые ключи 11 и 12 в зависимости от полярности сигнала разбаланса. Величина тока пропорциональная сигналу разбаланса с дискретного источника тока

22 через один из аналоговых ключей

11 или 12 поступает на соответствующую обмотку 6 подмагничивания„ Далее устройство для измерения ускорений может быть подключено к работе.

В предлагаемом устройстве для измерения ускорений по сравнению с известным достигается повышение точности измерения путем введения обмоток подмагничивания и схемы автоматической балансировки,что позволяет обеспечить симметрии механической части датчика, компенсировать остаточную намагниченность сердечников обмоток датчика и вследствие этого устранить паразитную составляющую, несовпадающую с напрявлением оси чувствительности датчика.

Несимметричность дифференциального индуктивного датчика обусловлена не точностью изготовления элементов конструкции, а также различной остаточной намагниченностью сердечниковобмо-. ток датчика, различием упругих свойств пружин.

В предпагаемом устройстве за счет компенсации недостатком удается повысить точность измерения ускорений в прямом и обратном направлениях перемещения по продольной оси датчика в

2,5-3 раза по сравнению с прототипом.

1153297

Составитель 10.Иручко

Техред П.Микеш. Корректор E.Ñèðîõõàí .

Редактор Н, Воловик

Заказ 2501/39 тир 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,